INGENIERIA DE LOS MATERIALES

Dr. Ing° Fortunato Alva Dávila Lima, abril del 2014

DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS

 DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS

Los cristales contienen varios tipos de defectos e

imperfecciones, que afectan a sus propiedades físicas y

mecánicas, también influyen en algunas propiedades de los

materiales a nivel de aplicación en ingeniería, como la

capacidad de formar aleaciones en frío, conductividad

eléctrica y la corrosión.

Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma:

Defectos puntuales

Defectos lineales, llamados también dislocaciones

Defectos de dos dimensiones

VACANTEEs un hueco creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación, por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales.

Puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos. (Figura 4.1)

DEFECTOS PUNTUALES

VACANTE

Figura 4.1.vacante

El número de vacantes en equilibrio Nv para una

cantidad dada de material, se incrementa con la

temperatura de acuerdo a la ecuación:

 

Donde:NV = es el número de vacantes por metro cúbicoN = es el número de puntos en la red por metro cúbicoQ = es la energía requerida para producir una vacancia (J/átomo)T = es la temperatura en °KK = es la constante de Boltzmann de los gases (1,38 x 10-23 J/átomo°K)  Las vacantes son las imperfecciones más comunes en los cristales. Se dan hasta una por cada 10 000 átomos. Las vacantes pueden transladarse cambiando su posición con sus vecinos.

VACANTE

KT

Q

V NN

DEFECTOS PUNTUALES

DEFECTOS INSTERSTICIALES

Se produce cuando, un átomo extra se inserta dentro de la

estructura de la red en una posición que normalmente no está

ocupada, formando un defecto llamado “Defecto intersticial”.

Figura 4.2 Defecto intersticial

DEFECTO FRENKEL

Es una imperfección combinada Vacancia –

Defecto intersticial. Ocurre cuando un ión

salta de un punto normal dentro de la red a un

sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

(Fig.4.3)

Figura 4.3. Defecto Frenkel

DEFECTO SCHOTTKY

Es un par de vacancias en un material con

enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad,

deben perderse de la red tanto un catión

como un anión.

Figura 4.4. Defecto Schottky

DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)

d) Son defectos que dan lugar a una distorsión de la

red centrada en torno a una línea. Se crean durante

la solidificación de los sólidos cristalinos o por

deformación plástica, por condensación de vacantes.

Hay dos tipos de dislocaciones:

a)Las de cuña y

b)Las helicoidales.

c)También puede darse una combinación de ambas,

denominada dislocación mezcla.

DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)DISLOCACIÓN DE CUÑASe crea por la intersección de un medio plano adicional de átomos, como se muestra en la figura, justo encima del símbolo “T” invertida. La “T” invertida , indica una dislocación de cuña o arista .

Fig. 4.5. Dislocación de cuña

rU

rU

DISLOCACIÓN HELICOIDALEsta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.

Figura 4.6. Formación de una dislocación helicoidal. (a) Un cristal perfecto es cortado por un plano y se aplican esfuerzos cortantes paralelos al plano de corte de arriba y abajo formando una dislocación en helicoidal, (b) Se presenta una dislocación helicoidal con su desplazamiento o vector de Burgers b paralelo a la línea de dislocación

DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)

- SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES

Los deslizamientos atómicos pueden ocurrir en cerámicos y polímeros, estos procesos son particularmente útiles para entender el comportamiento mecánico de los metales.

Primero: El deslizamiento atómico explica porque la resistencia de los metales es mucho más baja que el valor teórico predicho de los enlaces metálicos. Cuando los deslizamientos ocurren, solo una pequeña fracción de todos los enlaces metálicos a lo largo de la interfase necesita ser roto y la fuerza requerida para deformar el metal es pequeña.

Segundo: Los deslizamientos proveen ductilidad en los metales. Si no estuvieran presentes las dislocaciones, una barra de hierro sería frágil y los metales no podrían ser moldeados por varios procesos tales como forjado.

Tercero: Es posible controlar las propiedades mecánicas de un metal o aleación interfiriendo con el movimiento de las dislocaciones.

SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES

Los defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen un material en regiones, cada una de las cuales tienen la misma estructura cristalina pero diferente orientación. 

Figura 4.7 Ilustración esquemática mostrando las diversas etapas en la solidificación de metales: (a) formación de núcleos, (b) crecimiento de los núcleos hasta formar cristales y (c) Unión de cristales para formar granos y límites de granos asociados 

DEFECTOS SUPERFICIALES

BORDES DE GRANO

  Se puede definir como la superficie que separa los

granos individuales de diferentes orientaciones

cristalográficas en materiales policristalinos.

El límite de grano es una zona estrecha en la cual los

átomos no están uniformemente separados, o sea que

hay átomos que están muy juntos causando una

compresión, mientras que otros están separados

causando tensión.